碳纤维由聚丙烯腈或沥青、粘胶等有机 母体纤维，在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构，含碳量在 90%以上的无机高分子纤维。由于其具有多项优异性能，其通常与树脂、金属、陶瓷等复合后形成先进碳纤维复合材料， 在军用和民用工业中的应用非常广泛。

　　碳纤维具有性能优异，应用场景广泛。作为新的增强纤维，碳纤维力学性能优异，比 重不到钢的 1/4，而抗拉强度是钢的 7-9 倍，同时还具有轻质、高强度、高弹性模量、耐 高低温、耐腐蚀、疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲 等领域。

　　根据碳纤维不同的性能和用途，可以对碳纤维进行度的分类，目前常用的分类维度主要有纤维数量、制造原料、力学性能。

　　按碳纤维按纤维数量不同可以分为小丝束和大丝束，与之对应的碳纤维原丝也可区分为小丝束碳纤维原丝和大丝束碳纤维原丝。一般将丝束数量小于 24K的碳纤维称为小丝束， 1K 就代表一束碳纤维中有 1000 根丝，初期以 1K、3K、6K 为主，逐渐发展为 12K， 主要用于国防军工、航空航天等高端技术领域，产量低、成本高，被称为“宇航级材料”；24K 及以上的为大丝束，广泛用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等 工业和民用领域，成本低，但生产控制难度大，被称为“工业级材料”。

　　根据碳纤维制造路径不同可以分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。其中，聚丙烯晴（PAN）基碳纤维成品品质优异、力学性能优良，且相较于其 他两种碳纤维工艺难度更低，是最主要的碳纤维产品，占全球高性能碳纤维的 90%以上。

　　根据不同的强度和模量的力学性能分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型。作为碳纤维龙头，日本东丽制定的 T 系列和 M 系列性能指标是实践中被运用最广的分类指 标。航天航空领域往往要求材料具备更轻、更好的力学性能，因此多采用 T300-T800 强 度的碳纤维，而民用如风电、体育领域则多采用 T300 强度的碳纤维。

　　碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成 碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。

　　大丝束碳纤维的价格由四部分组成：直接材料、制造费用、期间费用、净利润。1）直接材料占比最高，约为碳纤维售价的 25-30%，其中丙烯腈占比 20%，丙烯腈的价格波动 将显著影响公司的直接材料成本；2）制造费用是第二大成本中心，占比 20-25%，其中由 于碳化具有高耗能、重资产特性，折旧摊销（6%）和电费（7%）是降本重点，重点关注 公司设备采购成本和生产工厂的用电成本；3）期间费用占比约20%，其中主要由管理费 用中的员工薪酬和维修费用构成；4）净利率受供需格局变动影响显著，受益于终端需求的旺盛和供给不足导致的碳纤维涨价，一体化的碳纤维厂商在 21 年表现出了强劲的盈利能力， 中复神鹰在 21H1 实现了 31.7%的净利率。

　　大丝束碳纤维原丝制备是碳纤维产业链的核心环节。占碳纤维成本 51%。由于碳纤维 的强度显著地依赖于原丝的微观形态结构及其致密性，原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质量和生产成本。如果原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷,必将 严重影响碳纤维的质量和性能，其性价比与供应稳定性将直接影响着碳纤维的引用领域的 广度。

　　大丝束的生产与小丝束有较大差异性高。尽管小丝束的碳纤维在我国已经在航空航天 领域等多个领域进行运用，优质的碳纤维生产厂商如光威复材等已经具备了生产T1000 级 别小丝束的能力，但是对于大丝束来说，仍具备较强的工艺壁垒。

　　其一，大丝束不是简单的将纺丝数量从 1~12K 增加到 24、48K 即可：当纺丝数 量增加之后，难以保持纺丝的一致性，同时聚丙烯腈纤维如果发生打结、粘黏， 极易影响后续碳纤维的力学性能；

　　其二，大丝束的终端领域在民用居多，因此具备较强的成本敏感性，对上游厂商的成本控制提出了较高的要求。

　　由于发展历程、产业背景不同，碳纤维、原丝厂商在聚合、纺丝工段选择的工艺路径也不尽相同。由于各碳纤维、原丝厂商起步时间不同，在切入碳纤维赛道之前的产业背景 不同，导致各个厂商选择的工艺存在较大差异性。

　　碳纤维生产设备定制化程度高，导致了设备投资需要大量资金。国外碳纤维龙头企业 一般根据自身技术特点进行自主设计，在专有设备的基础上改进升级，形成了具有自主知识产权的专有碳纤维生产装备。最为关键的设备是氧化炉和碳化炉。碳化炉应满足碳化工艺的要求，可分为低温碳化炉和高温碳化炉。与此配套的还有非接触式迷宫密封装置、加 热系统、废气排出和处理系统以及牵伸装置，由它们集成组合为一个完整的碳化炉，可实 现稳定规模化生产。

　　根据吉林化纤、吉林碳谷公告显示，碳化环节对应的单吨投资金额约 12 亿/万吨，而 原丝环节的资金要求相对较低，对应 2.1 亿/万吨的资金需求。尽管碳纤维生产环节对应原 丝重量比重约 2:1，但是单吨的投资金额也显著超过了吉林碳谷。

　　湿法纺丝：包括原液过滤、喷丝、凝固浴（溶剂的水溶液）、水洗、拉伸等几个 阶段。纺丝过程必须在洁净的无尘纺丝车间进行，避免空气中的尘埃粒子污染原 丝；

　　干喷湿纺：相较于湿法纺丝，其喷丝板和凝固浴之间 3-10mm 的间隙，可提高纺 丝速度，使得纤维的结构更为均匀致密，且更容易得到高强度的纤维，复合材料 加工工艺性能优异。国际上日本东丽和美国赫氏率先实现了干喷湿纺工艺的突破， 形成了成熟的干喷湿纺碳纤维产品。

　　其中，湿法纺丝是更适合大丝束生产，干喷湿纺更适合小丝束的生产。干喷湿纺由于 其纺丝速度较快，得到了海内外巨头的广泛运用，如东丽、中简科技、中复神鹰均采取干 喷湿纺技术生产碳纤维，但干喷湿纺的单锭线密度较低，更适用于小丝束碳纤维的生产， 而湿法纺丝则更适合大丝束碳纤维的生产，尽管其纺丝速度较干喷湿纺较低，但是其具备 的技术优势能够更好地适应大丝束碳纤维的生产。（报告来源：未来智库）

　　1959 年，碳纤维在实验室中诞生。日本大阪工业试验所发明了 PAN 基碳纤维制 备技术，于往后的十年，碳纤维产业始终局限于实验室技术的研发。上世纪 70-80 年代，碳纤维的主要特点是工程化、工业化。碳纤维复合材料在航天航空结构上 的工程化得以应用和批量生产，同期日本东丽公司基本开发完成现有的绝大部分 产品型号——T300、T800、T1000、M60J，卓尔泰克作为美国第一个工业碳纤 维的厂家诞生。

　　上世纪 90 年代，各大行业龙头争相并购或收购碳纤维厂商。美国航空材料厂赫氏 并购美国赫拉克勒斯的碳纤维产业，美国石油巨头阿莫科整合了大部分美国的碳 纤维资源，主要有美国联碳公司，该公司是历史上唯一一家同时拥有粘胶、沥青、 聚丙烯腈基碳纤维的企业。德国石墨巨头西格里（SGL）在 1997 年收购了—— 英国考陶尔兹留下的 RK carbon，各大厂商积极抢占市场份额。

　　21 世纪 00 年代，碳纤维产业发展平稳，应用领域向风电、汽车等民用方向拓展。2007 年卓尔泰克于风电巨头维斯塔斯建立合作，开拓碳纤维在风力发电领域的使 用，同期中国、韩国、俄罗斯等国家开启碳纤维的投资热潮。21 世纪 10 年代， 碳纤维应用市场急剧扩大，产业实现进一步整合。于 2011 年和 2014 年，碳纤维 飞机 B787 与 A350 分别完成首架交付，应用于航空航天方向的碳纤维需求激增。依托于拉挤板成功应用于叶片梁帽，风电巨头维斯塔斯对碳纤维需求空前增长， 碳纤维产业内部加剧了整合。于 2014 年 2 月，东丽完成了卓尔泰克的收购计划。

　　1962 年，中科院长春应用化学所成立“聚丙烯腈基碳纤维的研制”课题组，开展 碳纤维的基础研究，标志着我国碳纤维行业的起步。20 世纪 70 年代，为了国家国防需要，全国各大研究所、研究院展开对于碳纤维产业链的研究。1975 年-1981 年底，中央投入到承担碳纤维原丝等碳纤维民用研究资金 2600 多万元，建成 PAN 原丝试制能力约 50 吨/年，碳纤维长丝的试制能力 1.5-2.0 吨/年。

　　上世纪 80-90 年代，我国国家科委鼓励引进国外的先进技术，并提供资金支持， 但仅有英国 RK 公司愿意以高价出售大丝束预氧化炉和炭化炉，碳纤维发展几近 停滞状态。随后我国委托 RK 公司加工制造了一套 10 吨级（12K）预氧化、碳化 中试线，项目历经磨难，几次险些遭到企业运行效率不高，大部分研发单位 退出该领域，研发陷入停滞。

　　21 世纪 00 年代，欧美禁运，我国碳纤维的研制提上日程。由于欧美禁运导致市 场 T300-3K 的价格飞速攀升且有价无市，严重影响国防需要。科技部设立碳纤维 专项，联合各研究所、高校等科技机构，组成专家小组研究碳纤维材料，据不完 全统计，参与碳纤维项目企业数量超过 40 家，投资规模超过 300 亿元人民币。21 世纪 10 年代，碳纤维市场出现明显的优胜劣汰局面，碳纤维企业缩至 10 余 家。光威复材、中简科技于创业板成功上市，中复神鹰扭亏为盈、吉林碳谷成为 国内原丝龙头，认真积累技术的企业市场地位在竞争中不断提升。

　　日本东丽集团（TORAY）成立于 1926 年，最初是黏胶人造丝的生产商，现已成为世 界著名的以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的多元化高科技跨国企业。其总 部位于日本东京，截至 2020 年 3 月 31 日，在全球 26 个国家和地区拥有 282 家附属和 相关企业。

　　纤维行业多年沉淀，打造碳纤维领军企业。据东丽中国官网数据显示，东丽于 1968 年成功试制聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，并于 1973 年在日本爱媛县正式开始了碳纤维生 产设备（5t/月）的运转。于 1990 年，“Torayca”预浸料获得波音 777 材料规格认定， 是飞机主承力结构的认定第 1 号，随后用于波音 787 的主翼到机身、尾翼等部分，占其结 构重量的一半，且一次结构材料全部采用东丽卡预浸材料、织物，均由东丽独家供给。据 东丽官网数据，碳纤维复合材料收入从 2016 年的 1616 亿日元增长至 2019 年的 2369 亿 日元，年复合增长率为 13.6%。

　　2014 年，整合大丝束资产——ZOLTEK（卓尔泰克）。收购前，东丽集团在高性能、 高品质小丝束碳纤维方面集中经营，主要面向于航空航天、压力容器等尖端领域，而大丝 束纤维的品种不齐全。

　　此次收购的主要原因：卓尔泰克先发优势和成本优势突出。受益于多年来对大丝束生 产技术的沉淀，卓尔泰克能够以较低的成本生产出高性能的大丝束碳纤维产品，且由于其 发展早、产品规模大，具有较高的市场地位和知名度。具体来看，卓尔泰克生产的碳纤维 单价仅有东丽高性能纤维的 60%左右，高性价比的产品为动力提供了销售优势，有助于其 迅速拓宽下游客户群体。

　　1）大丝束预氧化技术存在瓶颈。与小丝束碳纤维相比，最大的难点在于大丝束碳纤维 在生产工艺中预氧化过程中容易出现集中放热，产生失火等安全事故，造成重大损失。

　　2）大丝束后期展纱技术要求较高。相对于小丝束碳纤维，大丝束碳纤维丝束较粗，丝 束难以延展成平带，单丝厚度增加，不利于铺层设计，容易出现粘连、断丝现象，进而影 响生产效率和产品外观，产品性能不稳定。（报告来源：未来智库）

　　需求稳步提升，国产化趋势逐步显现。随着后端应用的开发，碳纤维需求量逐步上升：从 2008 年的 3.64 万吨开始，世界碳纤维需求量稳定增长，2019 年需求量超过 10 万吨， 达到 10.37 万。